《绿色化学》试题(B卷)参考答案及评分标准

《绿色化学》试题（B卷）参考答案及评分标准

一、名词解释（本题共6小题，每题4分，4 6＝24分）

1. 原子经济性：原子经济性（Atom Economny）是指反应物重的原子有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应就是反应物中的所有原子都进入了目标产物的反应，也就是原子利用率为100%反应。（4分）

2. 生物质：由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物等。其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分。（4分）

3.超临界流体：超临界流体是指处于超临界温度和超临界压力下的流体，是一种介于气态和液态之间的状态。其密度与液体接近，而黏度则与气体接近。这一流体具有可变性，其性质随温度和压强的变化而变化。（4分）

4.“软”化学物质：是指一种如此设计的物质，其保留了能完成其商用功能所需的结构特征，但当它被人体吸收后，又能很快通过非氧化过程分解为无毒的、易于排泄的物质。（4分）

5. 催化剂设计：是指设计者按照自己的意图制造目标催化剂的工作，代表一种构思，即是对指定的反应，或者需要制造的某种产品，应该如何选用一种催化剂的知识逻辑分析。这种设计出的催化剂应该是具有高度的专一性、高效的选择性，能取得最大的经济效益和环境效益。（4分）

6.Ⅱ相反应：为结合反应。内源代谢底物如葡萄糖醛酸盐、硫酸盐、乙酸盐和氨基酸与有毒陌生化学物质结合，生成水溶性更大的物质，从而容易排泄。（4分）

二、简答题（本题共5小题，每题8分，8 5＝40分）

1.（1）老工艺过程需要氨、甲醛、氢氰酸和盐酸等原理原料。由于氢氰酸的剧毒性，需要特殊的防护，以尽可能消除对工人、社区和环境的危害。此反应是放热反应，反应过程中可能生成潜在的不稳定中间体，而且每生产7kg 产物将产生1kg废物（含有氰化物和甲醛等有毒物质），因此必须对它们进行严格的安全处置。（4分）（2）新工艺过程是很安全的，因为脱氢是吸热反应，没有反应失控的危险。这种新工艺不用氢氰酸和甲醛作为原料，操作比较安全，总收率也比较高，生产过程步骤少。反应完成后将催化剂过滤得到足够高纯度的产品。不需要进行纯化和分离副产物，即可用于Roundup的制造。（4分）

2.（1）可操作温度范围大（－40℃～300℃），因而可进行各种动力学控

制；（1分）（2）对大量的无机物、有机物和高分子化合物有很大的溶解度，因而所需反应器的体积不大；（1分）（3）表现出布朗斯特酸酸性、Franklin酸酸性和超强酸性；（1分）（4）蒸气压很小，几乎观察不到；（1分）（5）对水敏感但有的并不怕遇水，甚至能与水共同使用，故易于工业应用；（1分）（6）热稳定性较好；（1分）（7）相对便宜且易于制备。（2分）

3. 亲电性物质或者代谢后形成的亲电性物质均会与细胞大分子如DNA、RNA、酶、蛋白质等中的亲核部分发生共价相互结合。这些亲核部分包括：蛋白质中半酰氨酸残基中的巯基、蛋白质中的二级氨基等。这种不可逆的共价相互作用会严重影响细胞大分子的功能，可引发多种毒性，包括癌症、肝中毒、血液中毒、肾中毒、生殖系统中毒、发育系统中毒等。（4分）但哺乳动物有多种防御系统，能提供“自我牺牲”的亲核试剂，来与亲电试剂结合，然后形成可排泄的水溶性产物，防止了毒物进一步与更重要的生物细胞大分子的作用。然而，若连续受到亲电毒物侵入或高浓度亲电毒物攻击，这些“牺牲性”亲核试剂可能会消耗完，这样毒性的危害就不能消除。（4分）

4. （1）设计分子使其挥发性降低，即具备更低的蒸气压、更高的沸点，就可减少与该类物质接触时吸入的可能性；（4分）（2）设计分子使其具有更低的水溶性（或更高的油溶性），或具有更高的熔点（>150℃），或使其颗粒大于5微米就可以减少肺吸收。（4分）

5. （1）烯烃类物质引发毒性的机理：烯烃经细胞色素P450催化氧化后，会生成有毒的代谢物。烯烃的代谢产物环氧烷和取代烯丙醇均具有强烈的亲电性，能与生物组织结合，引发毒性。（2分）（2）设计烯烃类安全化学品时，1）尽可能避免末端不饱和键的使用，或使用时使2位C原子上有取代基；（3分）2）尽可能避免末端C原子上连有卤素，而2位C原子上尽可能不要连接芳基和烯丙基、炔丙基。（3分）

三、答案要点：（1）选择一条有机化学合成路线，用绿色化学的原理包括原料、产品、溶剂、催化剂、合成途径、原子利用率、产率等方面对该反应进行评价。（4分）（2）设计一条新的合成路线，并作简要说明。（4分）

四、（1）催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率（合成氨中的Fe-K2O/Al2O3），可控制反应产物化学物种的选择性（乙烯选择性氧化的不同催化剂：PdCl2-V配合物，Ag/ Al2O3，Ni），控制产物的立体规整结构(丙烯的聚合：氧气或过氧化物，Ziegler-Natta)，定向不对称合成旋光异构体(Ru手性膦配合物用于2-（6-甲氧基-2萘基）丙烯酸+氢生产左旋二羟基苯并氨酸)，与温

度控制化学物种选择性，与接触时间共同控制产物化学物种选择性（甲烷氧化生产合成气中的Ni / Al2O3），具有高度专一性，高选择性，高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。（9分）

（2）催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用。在污染防治（减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放；减少挥发性有机溶剂的使用等；）活化新的反应原料，催化与反应过程的改善（乙醛的合成、对苯二酚的合成、羰基化合物的合成）等方面都有重要应用。（6分）

五、（略）主要应该叙述自己的观点。